On ne sait pas réellement comment sont apparues les cellules qui nous composent, appelées eucaryotes, et d'où vient leur mécanique aussi complexe que bien huilée. Mais après 12 années de labeur, des chercheurs japonais ont réussi à isoler depuis les sédiments marins puis cultiver une souche très particulière d'archae, ces micro-organismes cousins des bactéries et de nos propres cellules, et y ont identifié des caractéristiques propres aux encaryotes ! Cette archae serait-elle le chaînon manquant ? Ces travaux sont publiés dans la revue Nature.
Des cellules au nom Viking potentiellement à l'origine des nôtres
Loki, Odin, Heimdall, Thor : il ne s'agit pas du casting du prochain film de super-héros Marvel, mais des noms attribués par des chercheurs amateurs de dieux vikings à des archées, identifiées en 2015 entre le Groenland et la Norvège et nommées archées d'Asgaard. Les archées, ce sont des cellules qui comme les bactéries n'ont pas de noyau, mais à la morphologie et à la mécanique interne très différentes. Avec les eucaryotes, les cellules possédant un noyau – dont font partie les cellules humaines -, les archées et les bactéries constituent ces trois types de cellules constituant la vie terrestre.
Les scientifiques ne sont pas tous d'accord sur la façon dont les archées, les bactéries et les eucaryotes ont émergé. Si certains pensent qu'elles sont toutes le produit d'un ancêtre commun, d'autres estiment que c'est la fusion des archées et des bactéries qui ont donné les eucaryotes il y a deux milliards d'années. Car nos cellules possèdent en leur sein des structures – on parle d'organites – rappelant fortement des bactéries : les mitochondries. Sources d'énergie pour la cellule, les mitochondries comme les bactéries possèdent leur propre ADN, sont délimitées par une membrane de composition semblable et utilisent pour fonctionner des protéines similaires.
On ne sait pas réellement comment sont apparues les cellules qui nous composent, appelées eucaryotes, et d'où vient leur mécanique aussi complexe que bien huilée. Mais après 12 années de labeur, des chercheurs japonais ont réussi à isoler depuis les sédiments marins puis cultiver une souche très particulière d'archae, ces micro-organismes cousins des bactéries et de nos propres cellules, et y ont identifié des caractéristiques propres aux encaryotes ! Cette archae serait-elle le chaînon manquant ? Ces travaux sont publiés dans la revue Nature.
Des cellules au nom Viking potentiellement à l'origine des nôtres
Loki, Odin, Heimdall, Thor : il ne s'agit pas du casting du prochain film de super-héros Marvel, mais des noms attribués par des chercheurs amateurs de dieux vikings à des archées, identifiées en 2015 entre le Groenland et la Norvège et nommées archées d'Asgaard. Les archées, ce sont des cellules qui comme les bactéries n'ont pas de noyau, mais à la morphologie et à la mécanique interne très différentes. Avec les eucaryotes, les cellules possédant un noyau – dont font partie les cellules humaines -, les archées et les bactéries constituent ces trois types de cellules constituant la vie terrestre.
Les scientifiques ne sont pas tous d'accord sur la façon dont les archées, les bactéries et les eucaryotes ont émergé. Si certains pensent qu'elles sont toutes le produit d'un ancêtre commun, d'autres estiment que c'est la fusion des archées et des bactéries qui ont donné les eucaryotes il y a deux milliards d'années. Car nos cellules possèdent en leur sein des structures – on parle d'organites – rappelant fortement des bactéries : les mitochondries. Sources d'énergie pour la cellule, les mitochondries comme les bactéries possèdent leur propre ADN, sont délimitées par une membrane de composition semblable et utilisent pour fonctionner des protéines similaires.
La découverte des archées d'Asgaard ajoute du grain à moudre à cette deuxième théorie : l'ADN de ces archées contient en effet des séquences que l'on ne retrouvait jusque-là que dans celui des eucaryotes. D'où l'idée que les archées d'Asgaard, en englobant des bactéries, aient au fil du temps donné les eucaryotes.
Images de microscopie électronique à balayage des archées Loki / Prométhée montrant (a) des cellules individuelles et (b) des agrégats cellulaires dans des cultures en croissance et (c, d) des cellules avec des "protubérances ramifiées" semblables à des tentacules dans des cultures vers la fin de la croissance. Crédits : JAMSTEC.
CHRONOLOGIE. Quand sont apparues les différentes formes de vie sur Terre ?
Douze ans pour cultiver des archées en laboratoire
Problème : seul l'ADN des archées d'Asgaard a été retrouvé et personne ne parvient à en connaître la morphologie, et donc à comprendre exactement par quel mécanisme une cellule aurait pu englober l'autre. Il faut dire que ces archées sont particulièrement exigeantes et donc très difficiles à cultiver. Présentes dans les sédiments marins profonds, elles vivent en symbiose (relation mutuellement bénéfique) avec d'autres archées, les déchets des unes étant la nourriture des autres.
C'est ainsi que l'équipe japonaise à l'origine de ces nouveaux travaux a mis 12 ans à réussir à cultiver des archées de type "Loki" (Lokiarcheota). Récupérées à environ 2 km de profondeur, les archées ont été collectées en 2006 au large du Japon, grâce à un submersible dédié à la recherche. Elles ont ensuite proliféré plusieurs années en laboratoire dans un bioréacteur simulant l'environnement des sédiments marins des grands fonds dans lesquels il réside, notamment par la présence de gaz méthane. Ces archées mettent plusieurs semaines à se diviser, démultipliant le temps nécessaire à l'opération. Ce n'est qu'après une décennie de patient travail qu'en 2018 les chercheurs sont parvenus à isoler les archées Loki, qu'ils avaient de leur côté nommées Prométhéoarchéum syntrophicum. Non Viking mais grec, ce nom fait référence à la figure mythologique grecque Prométhée qui a créé l'humanité à partir d'argile et volé le feu aux dieux. C'est la première fois que cette archée est observée dans son entièreté !
Illustration du processus de formation d'une cellule eucaryote à partir des archées et des bactéries il ya deux milliards d'années selon le modèle "E3" pour "Entangle-Engulf-Endogenize" (en français Enchevêtrer – Engloutir – Internaliser). Crédits : JAMSTEC.
Des archées à "tentacules"
Les chercheurs font alors une découverte surprenante : la cellule sphérique de l'archée Loki / Prométhée - d'un diamètre d'environ 500 nanomètres, (millionième de millimètre) - possède de longs appendices en forme de tentacules émergeant de sa surface extérieure. Les chercheurs proposent qu'avec l'augmentation de la concentration d'oxygène dans l'atmosphère, que les archées ne tolèrent pas, elles auraient alors collaboré avec les bactéries, qui peuvent au contraire le métaboliser. Les appendices des archées auraient pu entourer une bactérie de passage, puis – au fil des milliers d'années - auraient fusionné autour de la bactérie pour finalement ne former qu'une seule entité : la cellule eucaryote. Ils appellent cette hypothèse "E3" pour "Entangle-Engulf-Endogenize" (en français Enchevêtrer – Engloutir – Internaliser).
L'analyse de leur génome confirme les travaux de 2015 : "Nous avons pu obtenir le premier génome complet de ce groupe d’archées et montrer de manière concluante qu'elles possèdent de nombreux gènes que l’on pensait ne trouver que chez les eucaryotes", rapporte dans un communiqué le microbiologiste Masaru Nobu, co-auteur de ces travaux. Il faudra cependant compléter ces travaux, notamment en étudiant les autres types d'archées susceptibles de montrer des similitudes avec les eucaryotes, et analyser leur morphologie.
